Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2006 № 01 (1)

Когда звезда находится на АВГ, она начинает интенсивно терять вещество. Образуется протяженная газопылевая оболочка, которая, расширяясь, рассеивается в межзвездной среде. Стадия потери массы на АВГ — от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов лет — очень кратковременна по сравнению со временем жизни звезды солнечной массы на главной последовательности. Звезда с солнечной массой растрачивает на АВГ значительную часть своего вещества. По мере того, как она освобождается от внешних холодных слоев, ее температура быстро растет и звезда быстро смещается влево по диаграмме Г-Р. Этому состоянию соответствует ветвь Пост АВГ (“после асимптотической ветви”). В результате конвективная оболочка полностью сбрасывается и от звезды остается вырожденное ядро — белый карлик с температурой поверхности до 50 000 К, который не имеет ядерных источников энергии и в последующем медленно остывает. Звезда на диаграмме Г-Р быстро “падает” вниз, в область белых карликов. Сброшенная околозвездная оболочка ионизируется под действием ультрафиолетового излучения горячего белого карлика и образует вокруг него планетарную туманность. Так заканчивают свой жизненный путь звезды солнечного типа. Впервые подобная идея была высказана советским астрофизиком И.С. Шкловским в 1956 г. (Астрон. журнал, т. 33, № 3, с. 315–329), который обратил внимание, что ядро красного гиганта — это готовый белый карлик, которому остается лишь освободиться от окружающей оболочки. В настоящее время эта схема эволюции является общепринятой.

До недавнего времени Солнечная система оставалась единственной известной нам планетной системой во Вселенной. Как обнаружить планету около другой звезды? Самый прямой способ — поиск в окрестностях звезды при помощи крупного телескопа. Однако планета сама не светится, а лишь отражает свет звезды, причем малую его долю. Если планета близка к звезде, то ее слабый отраженный свет будет “тонуть” в лучах самой звезды. Если же планета далеко, то отделить ее от звезды проще, но и отраженный свет окажется слабее. Прямые наблюдения планет около ближайших звезд — дело будущего, хотя и недалекого. Пока используются только косвенные методы поиска внесолнечных планет. Самый старый из них — астрометрический — поиск невидимых спутников по отклонениям в собственных движениях звезд на небесной сфере, к сожалению, не дал достоверных результатов.

Другой метод обнаружения планет вокруг звезд основан на эффекте Доплера. В настоящее время этот метод — основной; с его помощью обнаружены почти все известные внесолнечные планетные системы. Если звезда имеет планету, обе они обращаются вокруг общего центра тяжести. Звезда движется по малой орбите и с маленькой скоростью, планета — по большой орбите, с большой скоростью. Средняя скорость движения планет по орбитам — десятки километров в секунду, а скорость движения звезды вокруг общего центра тяжести под действием планеты — несколько метров или десятков метров в секунду. Задача состоит в том, чтобы по смещениям линий в спектре звезды измерить скорость этого движения.

Здесь наибольшие шансы на успех, если орбита планеты видна “с ребра”. Тогда доплеровские смещения линий в спектре звезды, вызванные ее движением вокруг общего центра тяжести системы, будут максимальными.

Еще один способ обнаружения планет вокруг других звезд — “затменный”, или “транзитный”. Пользуясь этим методом, наблюдатели ищут небольшие периодические ослабления блеска звезды, когда планета в своем движении проходит по ее диску (“затмевает” звезду). И в этом случае (как и в доплеровском методе) необходимо, чтобы орбита планеты наблюдалась “с ребра”, тогда есть шанс увидеть затмение. Если угол наклона плоскости орбиты к картинной плоскости не очень сильно отличается от 90°, то есть вероятность, что планета пройдет по диску звезды. Затмение может происходить только в узком диапазоне углов и вблизи 90°; если оно наблюдается, то, зная примерно угловой размер диска звезды, сразу можно наложить жесткие ограничения на величину наклонения орбиты и тем самым точнее оценить массу планеты. Планета гораздо меньше звезды и может закрыть только малую часть звездного диска. Поэтому блеск звезды во время затмения ослабнет очень немного — на тысячные доли звездной величины. Транзитный метод применяется для поиска планетных систем в рамках польско-американского эксперимента по поиску гравитационных линз OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), первичной целью которого был поиск носителей “темной материи” по изменениям блеска звезд, когда объект проходит между звездой и Солнцем.

Наконец, разрабатываются проекты прямых наблюдений планет у других звезд. Планируется несколько космических миссий с такой задачей. Один из ближайших запусков (миссия Кеплер) намечен NASA на 2006 год. NASA ведет также работу над проектом TPF — Terrestrial Planet Finder (Поиск планет земного типа). TPF будет иметь четыре зеркала по 3.5 м каждое и будет работать в режиме интерферометра инфракрасного диапазона. Запуск космического аппарата TPF может быть осуществлен после 2010 года. Другой проект разрабатывается Европейским космическим агентством — это космический интерферометр Darwin. Он будет состоять из 10 отдельных телескопов, обращающихся на околоземной орбите вблизи друг друга. Телескопы будут связаны лазерной связью. Системы телескопов TPF и Darwin будут иметь чувствительность и угловое разрешение во много раз выше крупнейших наземных инструментов. Тогда, возможно, удастся увидеть внесолнечные планеты непосредственно.

Влияние планеты на лучевую скорость звезды V* при движении вокруг общего центра тяжести

Последнее десятилетие XX века — время настоящего прорыва в исследованиях других планетных систем. Доплеровские наблюдения над многими звездами, начатые на нескольких обсерваториях в 1991 году, принесли сенсационные результаты. Оказалось, что очень многие из близких к Солнцу звезд обладают планетными системами. Первая внесолнечная планета была открыта при помощи доплеровского метода в 1995 году Майором и Келозом (Женевская обсерватория) у звезды класса G2.5IV 51 Пегаса. С тех пор на 5 февраля 2005 г. было достоверно обнаружено 147 планет в системах вокруг 128 звезд; есть звёзды (их 15), у которых найдено по 2–4 планеты.

Внутреннее строение красного гиганта

Большинство найденных планетных систем совершенно не похожи на нашу. Найденные планеты по своим свойствам напоминают планеты-гиганты Солнечной системы. Сказывается эффект наблюдательной селекции. Во-первых, чем массивнее планета, тем большее влияние она будет оказывать на свою звезду и тем большими будут изменения ее лучевой скорости. Легче всего открывать планеты с массой порядка массы Юпитера (1MJ0.001Mo) или больше. Во-вторых, чем короче период обращения Тр1, тем проще его обнаружить. При наблюдениях спектра звезды в течение месяца или двух уже можно увидеть периодические изменения в ее лучевой скорости, вызванные планетой. Некоторые планеты с массами 1–2 MJ имеют периоды обращения вокруг звезды чуть более суток, а их расстояние от звезды примерно в 40 раз меньше, чем расстояние от Земли до Солнца. Естественно, столь близкие к звездам планеты будут сильно нагреваться. Поэтому их называют “горячие Юпитеры”.